Aula Tubulações industriais - aula 01

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Tubulações Industriais
Rafael Rosa
rafael.rosa@unis.edu.br
Varginha
2018
Tubulações Industriais
Tubulação é um conjunto de tubos e acessórios voltados ao processo
industrial, principalmente para distribuição de gases, óleos, vapores, lubrificantes e
demais líquidos industriais e, chegam a representar 70% do custo dos
equipamentos, ou 25% do custo total da instalação.
Objetivo
Ter a noção de aspectos gerais básicos de dimensionamento de tubulações,
seleção de materiais para tubulações, validação qualitativa e quantitativa de
sistemas de tubulações, conceitos básicos de engenharia aplicáveis à projeto de
tubulações.
Bibliografia
• TELLES, P. C. S. Tubulações industriais; materiais, projeto, montagem. 10. ed. Rio
de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Editora S. A., 2001.
• TELLES, P. C. S. Tubulações industriais; Cálculo. 10. ed. Rio de Janeiro: Livros
Técnicos e Científicos Editora S. A., 2001.
• HOLMES, E. Handbook of Industrial Pipework Engineering. McGraw-Hill, 1973.
Introdução
Tubos são condutos fechados, destinado principalmente ao transporte de
fluidos. Todos os tubos são de seção circular, apresentando-se como cilindros ocos.
A maioria dos tubos funciona como condutos forçados, isto é, sem superfície livre,
com o fluido tomando a área da seção transversal. Fazem exceções apenas as
tubulações de esgoto, e às vezes as de água.
A necessidade da existência das tubulações decorre principalmente do fato de
o ponto de geração ou de armazenagem dos fluidos estar, em geral, distante do
seu ponto de sua utilização.
Introdução
Na nomenclatura americana os tubos são chamados de “pipe” ou de “tube”.
Entre esses dois termos não há uma distinção muito rígida. De um modo geral o
termo “pipe” é usado para tubos cuja a função é conduzir o fluido, enquanto o termo
“tube” é empregado para tubos destinados a outras funções como por exemplo na
troca de calor, transmitir pressão, conduzir sinais ou como elementos estruturais.
Classificação dos tubos:
Metálicos
– Ferrosos: aço-carbono, aço-liga, aço-inoxidável, ferro
fundido, ferro forjado.
– Não-ferrosos: cobre, alumínio, chumbo, níquel, outros
metais, ligas.
Não-metálicos:
- Cimento-amianto, plástico, vidro, cerâmica, barro virado,
borracha, concreto e PVC.
Escolha dos materiais
• Disponibilidade do material, seu custo e seu tempo de vida;
• Condições de serviço;
• Fluido conduzido;
• Natureza dos esforços mecânicos;
• Segurança;
• Experiência Prévia com o material.
Emprego das tubulações
Processos de fabricação
Processos de fabricação - Laminação
Processos de fabricação - Laminação
Escolha dos materiais
• Nível de tensões do material – O material deve ter resistência mecânica
compatível com a ordem de grandeza dos esforços presentes. ( pressão do
fluido, pesos, ação do vento, reações de dilatações térmicas, sobrecargas,
esforços de montagem etc.)
• Natureza dos esforços mecânicos – Tração; Compressão; Flexão; Esforços
estáticos ou dinâmicos; Choques; Vibrações; Esforços cíclicos e etc.
Escolha dos materiais
• Fluido conduzido – Natureza e concentração do fluido Impurezas ou
contaminantes; PH; Velocidade; Toxidez; Resistência à corrosão; Possibilidade
de contaminação.
• Condições de serviço – Temperatura e pressão de trabalho.
• Sistema de ligações – Adequado ao tipo de material e ao tipo de montagem.
Escolha dos materiais
• Custo dos materiais – Fator frequentemente decisivo.
• Segurança – Do maior ou menor grau de segurança exigido dependerão a
resistência mecânica e o tempo de vida.
• Facilidade de fabricação e montagem.
• Tempo de vida previsto – O tempo de vida depende da natureza e
importância da tubulação e do tempo de amortização do investimento.
Observações
Para a solução do problema da escolha dos materiais, a experiência é
indispensável e insubstituível ou seja, material para ser bom já deve ter sido
usado por alguém anteriormente. Seguir a experiência é a solução mais
segura, embora nem sempre conduza à solução mais econômica.
Resumindo, pode-se indicar a seguinte rotina para seleção de materiais:
1 – Conhecer os materiais disponíveis na prática e suas limitações
físicas e de fabricação.
2 – Selecionar o grupo mais adequado para o caso tendo em vista as
condições de trabalho, corrosão, nível de tensão etc.
3 – Comparar economicamente os diversos materiais selecionados,
levando em conta todos os fatores de custo.
Custo relativo
A comparação de custos deve ser feita comparando a relação
custo/resistência mecânica ou seja, a comparação deve ser feita entre preços
corrigidos que serão os preços por kg multiplicado pelo peso específico e
dividido pela tensão admissível de cada material. Na comparação de custos
dos materiais devem ainda ser levados em consideração os seguintes
pontos:
- Resistência à corrosão ( sobreespessura de sacrifício ).
- Maior ou menor dificuldade de solda.
- Maior ou menor facilidade de conformação e de trabalho.
- Necessidade ou não de alívio de tensões.
Meios de ligação
Meios de ligação
Conexões
Conexões
Normas
American National Standards Institute - ANSI; www.ansi.org
American Society of Mechanical Engineers – ASME;
https://www.asme.org
American Petroleum Institute – API; www.api.org
American Society for Testing and Materials ASTM
International – ASTM; www.astm.org
Normas
Norma Petrobras
http://sites.petrobras.com.br/CanalFornecedor/portugues/requisitocontratacao
/requisito_normastecnicas.asp
Normas
Diâmetros comerciais dos tubos
Os diâmetros comerciais dos tubos para condução (steel pipes) de aço-carbono e de
aço-liga estão definidos pela norma ANSI. B.36.10 e para aços inoxidáveis é aplicado a
norma ANSI. B.36.19. Esta norma abrange os tubos fabricados por qualquer um dos
processos usuais de fabricação.
Todos esses tubos são designados por um número chamado "Diâmetro Nominal IPS"
(Iron Pipe Size), ou "bitola nominal". Sendo que o diâmetro nominal só corresponde ao
diâmetro externo dos tubos a partir das tubulações de 14". Para cada diâmetro de tubulação
existe várias espessuras de paredes, denominadas "séries" (schedule);
Norma ABNT
A ABNT adotou a ANSI B.36 desprezando a polegada do diâmetro nominal usando o
número como designação.
Para cada Diâmetro Nominal fabricam-se tubos com várias espessuras de parede,
denominadas “séries” ou “schedule”.
Fluxo de um projeto
Elaborados pela equipe de processo, na fase inicial do projeto, e devem
conter:
• Todos os vasos, torres, reatores, tanques etc., com a indicação de suas
características básicas.
• Todos os equipamentos importantes (bombas, compressores, permutadores de
calor) com seus dados principais: tipo, vazão, temperatura, pressão etc.
• As principais tubulações com a indicação do fluido conduzido e do sentido do
fluxo;
• Os principais instrumentos.
Leis Básicas dos fluídos
- Lei de Stevin;
- Viscosidade dinâmica e cinemática;
Leis Básicas dos fluídos
- Reynolds;
- Bernoulli.
Escoamento dos fluidos
O escoamento de qualquer fluido em uma tubulação resulta sempre em uma
certa perda de energia do fluido, que é gasta em vencer as resistências que se
opõem no escoamento e que finalmente é dissipada sob forma de calor.
As resistências que se opõem ao escoamento são de 2 natureza:
1- Resistências internas resultantes do atrito das próprias moléculas do fluido
umas com as outras é o que chamamos de viscosidade.
As resistências internas serão tanto maiores quanto maiores forem a velocidade e
a viscosidade do fluido.
2- Resistências externas, resultantes do atrito do fluido contra as paredes dostubos, das acelerações e mudanças de direção da veia fluida e dos
turbilhonamentos consequentes.
As resistências externas serão tanto maiores quanto maiores forem a
velocidade do fluido e da rugosidade das paredes, e quanto menor for o diâmetro
da tubulação. Essas resistências dependerão também da quantidade e da
natureza dos acidentes na tuvbulação.
Escoamento dos fluidos